【正文】 表 1 單片機(jī) 綜上所述， MCS— 51系列單片機(jī)的引腳作用可歸納為以下兩點(diǎn)： 1).單片機(jī)功能多，引腳數(shù)少，因而許多引腳具有第 2功能； 2).單片機(jī)對外呈 3總線形式，由 P P0口組成 16位地址總線；由 P0口分時(shí)復(fù)用作為數(shù)據(jù)總線。使用該單片機(jī)完全可以完成設(shè)計(jì)任務(wù)，其最小系統(tǒng)主要包括：復(fù)位電路和震蕩電路電路。將單片機(jī)的復(fù)位引腳 RST保持兩個機(jī)械周期的高電平能使單片機(jī)復(fù)位。這兩種形式在本系統(tǒng)中都有采用，以方便系統(tǒng)的操作。一般采用的辦法是在 RST端和正電源 Vcc之間接一個按鈕。手動按鈕復(fù)位的電路如所示。 這是一個 上電復(fù)位 電路，原理是突然給電后， VCC對電容充電，充電的過程中，復(fù)位信號電壓隨著充電時(shí)間而逐漸變低，直到電容充滿時(shí)，復(fù)位信號電壓完全降到 0V，而電阻 R2決定了電容充電的時(shí)間， R2越大則充電時(shí)間長，復(fù)位信號從 VCC回落到 0V的時(shí)間也長，而復(fù)位引腳在給 ，而在 才正常工作， 89S51的典型復(fù)位時(shí)間需要 1ms，可長不可短，所以 R2的值是由已知條件 1ms，和電容 22uF決定， T=RC/2， R=2T/C，可以負(fù)責(zé)的告訴你，你不需要仔細(xì)計(jì)算這里的復(fù)位時(shí)間，因?yàn)榭砷L不可短，典型電路是 C=10uF， R2=10k，電容可以大于這個值，電阻也可以大于這個值，但是不能再小，會不保險(xiǎn)。 單片機(jī)的時(shí)鐘信號由內(nèi)部震蕩電路得到，即引腳 XTAL1和 XTAL2外接晶振體振蕩器，構(gòu)成內(nèi)部振蕩電路。由于本系統(tǒng)要采用串口通信，晶振使用 。 (2):在許可范圍內(nèi)， C1， C2值越低越好。 (3):應(yīng)使 C2值大于 C1值，這樣可使上電時(shí)，加快晶振起振。傳感器輸出信號進(jìn) 。該器件 將半導(dǎo)體溫敏器件、 A/D轉(zhuǎn)換器、存儲器等做在一個很小的集成電路芯片上。 （ 2）系統(tǒng)成本：由于計(jì)算機(jī)技術(shù)和微電子技術(shù)的發(fā)展，新型大規(guī)模集成電路功能越來越強(qiáng)大，體積 越來越小，而價(jià)格也越來越低。 （ 3）系統(tǒng)復(fù)雜度：由于 DS18B20是單總線器件，微處理器與其接口時(shí)僅需占用 1個 I/O端口且一條總線上可以掛接幾十個 DS18B20，測溫時(shí)無需任何外部元件，因此，與模擬傳感器相比，可以大大減少接線的數(shù)量，降低系統(tǒng)的復(fù)雜度，減少工程的施工量。同時(shí)因?yàn)?DS18B20是全數(shù)字元器件，故障率很低，抗干擾性強(qiáng)，因此， 減少了系統(tǒng)的日常維 護(hù)工作。 DS18B20有兩種供電方式：一種為數(shù)據(jù)線供電方式，此時(shí)VDD接地，它是通過內(nèi)部電容在空閑時(shí)從數(shù)據(jù)線獲取能量，來完成溫度轉(zhuǎn)換，相應(yīng)的完成溫度轉(zhuǎn)換的時(shí)間較長。另一種是外部供電方式 (VDD接 +5V)，相應(yīng)的完成溫度測量的時(shí)間較短。 在本設(shè)計(jì)中采用外部供電方式實(shí)現(xiàn) DS18B20傳感器與單片機(jī)的連接，其接口電路如圖 4所示。數(shù)碼管實(shí)際上是由七個發(fā)光管組成 8字形構(gòu)成的，加上小數(shù)點(diǎn)就是 8個。 當(dāng)數(shù)碼管特定的段加上電壓后，這些特定的段就會發(fā)亮，以形成我們眼睛看到的 2 個 8數(shù)碼管字樣了。 LED數(shù)碼管有一般亮和超亮等不同之分，也有 、 1寸等不同的尺寸。發(fā)光二極管的陽極連接到一起連接到電源正極的稱為共陽數(shù)碼管，發(fā)光二極管的陰極連接到一起連接到電源負(fù)極的稱為共陰數(shù)碼管。透 過分時(shí)輪流控制各個 LED數(shù)碼管的 COM端，就使各個數(shù)碼管輪流受控顯示，這就是動態(tài)驅(qū)動。 LED數(shù)碼管要正常顯示，就要用驅(qū)動電路來驅(qū)動數(shù)碼管的各個段碼，從而顯示出我們要的數(shù)字，因此根據(jù) LED數(shù)碼管的驅(qū)動方式的不同，可以分為靜態(tài)式和動態(tài)式兩類。靜態(tài)驅(qū)動是指每個數(shù)碼管的每一個段碼都由一個單片機(jī)的 I/O端口進(jìn)行驅(qū)動，或者使用如 BCD碼二 十進(jìn)制譯碼器譯碼進(jìn)行驅(qū)動。 動態(tài)顯示 LED數(shù)碼管動態(tài)顯示接口是單片機(jī)中應(yīng)用最為廣泛的一種顯示方式之一，動態(tài)驅(qū)動是將所有數(shù)碼管的 8個顯示筆劃 a,b,c,d,e,f,g,dp的同名端連在一起，另外為每個數(shù)碼管的公共極 COM增加位選通控制電路，位選通由各自獨(dú)立的 I/O線控制，當(dāng)單片機(jī)輸出字形碼時(shí)，單片機(jī)對位選通 COM端電路的控制，所以我們只要將需要顯示的數(shù)碼管的選通控制打開，該位就顯示出字形，沒有選通的數(shù)碼管就不會亮。在輪流顯示過程中，每位數(shù)碼管的點(diǎn)亮?xí)r間為 1～ 2ms，由于人的視覺暫留現(xiàn)象及發(fā)光二極管的余輝效應(yīng)，盡管實(shí)際上各位數(shù)碼管并非同時(shí)點(diǎn)亮，但只 要掃描的速度足夠快，給人的印象 就是一組穩(wěn)定的顯示數(shù)據(jù)，不會有閃爍感，動態(tài)顯示的效果和靜態(tài)顯示是一樣的，能夠節(jié)省大量的 I/O端口，而且功耗更低。 鍵盤接口電路電路 鍵盤接口電路是單片機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)非常重要的一環(huán)，作為人機(jī)交互界面里最常用的輸入設(shè)備。在設(shè)計(jì)鍵盤電路與程序前，我們需要了解鍵盤和組成鍵盤的按鍵的一些知識。 前者造價(jià)低，后者壽命長。一般來說，按鍵按照結(jié)構(gòu)原理可分為兩類，一類是觸點(diǎn)式開關(guān)按鍵，如機(jī)械式開關(guān)、導(dǎo)電橡膠式開關(guān)等；另一類是無觸點(diǎn)式開關(guān)按鍵，如電氣式按鍵，磁感應(yīng)按鍵等。目前，微機(jī)系統(tǒng)中最常見的是觸點(diǎn)式開關(guān)按鍵（如本學(xué)習(xí)板上所采用按鍵）。編碼鍵盤主要是用硬件來實(shí)現(xiàn)對鍵的識別， 非編碼鍵盤主要是由軟件來實(shí)現(xiàn)鍵盤的識別。非編碼鍵盤按連接方式可分為獨(dú)立式和矩陣式兩種，其它工作都主要由軟件完成。 在單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中，通常使用機(jī)械觸點(diǎn)式按鍵開關(guān)，其主要功能是把機(jī)械上的通斷轉(zhuǎn)換成為電氣上的邏輯關(guān)系。此外，除了復(fù)位按鍵有專門的復(fù)位電路 及專一的復(fù)位功能外，其它按鍵都是以開關(guān)狀態(tài)來設(shè)置控制功能或輸入數(shù)據(jù)。因此，鍵信息輸入是與軟件結(jié)構(gòu)密切相關(guān)的過程。單片機(jī)可以采用查詢或中斷方式了解有無按鍵輸入并檢查是哪一個按鍵按下，若有鍵按下則跳至相應(yīng)的鍵盤處理程序處去執(zhí)行，若無鍵按下則繼續(xù)執(zhí)行其他程序機(jī)械式按鍵再按下或釋放時(shí)，由于機(jī)械彈性作用的影響，通常伴隨有一定時(shí)間的觸點(diǎn)機(jī)械抖動，然后其觸點(diǎn)才穩(wěn)定下來。從圖中可以看出，在觸點(diǎn)抖動期間檢測按鍵的通與斷狀態(tài)，可能導(dǎo)致判斷出錯。為了克服按鍵觸點(diǎn)機(jī)械抖動所致的檢測誤判，必須采取去抖動措施，可從硬件、軟件兩方面予以考慮。對于比較復(fù)雜的系統(tǒng)或按鍵比較多的場合，可以用到矩陣鍵盤，圖 2(b)中所示的為 4 4的矩陣式鍵盤，其他矩陣式鍵盤的設(shè)計(jì)方法類似。其中交叉點(diǎn)的行列線是不連接的，當(dāng)按鍵按下的時(shí)候，此交叉點(diǎn)處的行線和列線導(dǎo)通。當(dāng)無鍵按下時(shí)，行線處于高電平狀態(tài)；當(dāng)有鍵按下時(shí)，行、列線在交點(diǎn)導(dǎo)通，此時(shí)，行線電平將由與此行線相連的列線電平?jīng)Q定。然而，矩陣鍵盤中的每條行線與 4條列線相交，交點(diǎn)的按鍵按下與否均影響該鍵所在行線和列線的電平，各按鍵間將相互影響，鍵分析時(shí)必須將行線、列線信號配合起來作 適當(dāng)處理，才能確定閉合鍵的位置。當(dāng)四路輸入有一個為低電平的時(shí)候，輸出為低電平。 原理圖如下圖所示： 溫度控制電路 一般要校核轉(zhuǎn)向輪本設(shè)計(jì)是用單片機(jī)控制繼電器達(dá)到以弱控強(qiáng)的電路，下面再來介紹一下單片機(jī)和強(qiáng)電之間的橋 梁 電磁繼電器。它是利用電磁效應(yīng)實(shí)現(xiàn)電路開、關(guān)控制作用的元件，廣泛應(yīng)用在電子設(shè)備、儀器儀表及自動化設(shè)備中。這樣不僅可以為電子線路和電氣電路提供良好的電隔離，還可以保護(hù)電子電路和人員安全。 單片機(jī)是一個弱電器件，一般情況下它們大都工作在 5V甚至更低。而要 把它用于一些大功率場合，比如控制電動機(jī)，顯然是不行的。繼電器驅(qū)動就是一個典型的、簡單的功率驅(qū)動環(huán)節(jié)。這個很重要，因?yàn)?，一直讓我們的電氣工程?(我指的是那些沒有學(xué)習(xí)過相應(yīng)的電子技術(shù)的 )感到迷惑不解的是 :一個小小的芯片，怎么會有 如此強(qiáng)大的威力來控制像電動機(jī)這樣強(qiáng)大的東西？ 怎么樣理解這個電路圖？ 要理解這個電路，其實(shí)也比較容易。三極管是電子電路里很重要的一個元件。 (嚴(yán)格來講開關(guān)作用是放大作用的極限情況，不過沒關(guān)系，把兩者分開，更便于理解它的工作原理 )。剛才說過，三極管就是水龍頭，它的把手就是那個帶有電阻的引腳。反之，如果是輸出高電平， 手”就開始關(guān)“水龍頭”，繼電器”水輪機(jī)”因?yàn)闆]有水流下來，就會停止。圖上還有一個東西，是保護(hù)二極管，如果不需要深入理解的話，你大可不必追就為什么有它存在， 原理圖如下圖所示： 串口通信電路 一般要校核轉(zhuǎn)向輪智能儀表是隨著 80年代初單片機(jī)技術(shù)的成熟而發(fā)展起來的，現(xiàn)在世界儀表市場基本被智能儀表所壟斷。最初是數(shù)據(jù) 模擬信號 輸出簡單過程量，后來儀表接口是 RS232接口，這種接口可以實(shí)現(xiàn)點(diǎn)對點(diǎn)的通信方式，但這種方式不能實(shí)現(xiàn)聯(lián)網(wǎng)功能。 1. RS485的電氣特性：采用差分信號負(fù)邏輯，邏輯 0”以兩線間的電壓差為 +(2~6)V表示；邏輯 1以兩線間的電壓差為 (2~6)V表示。 2. RS485的數(shù)據(jù)最高傳輸速率為 10Mbps。 4. RS485最大的通信距離約為 1219m，最大 傳輸速率 為 10Mbps，傳 輸速率與傳輸距離成反比，在 100KpbS的傳輸速率下，才可以達(dá)到最大的通信距離，如果需傳輸更長的距離，需要加 485中繼器。 RS485 接口組成的 半雙工 網(wǎng)絡(luò)，一般是兩線制（以前有 四線制接法，只能實(shí)現(xiàn) 點(diǎn)對點(diǎn) 的通信方式，現(xiàn)很少采用），多采用屏蔽雙絞線傳輸。在 RS485通信網(wǎng)絡(luò)中一般采用的是主從通信方式，即一個 主機(jī) 帶 多個從機(jī)。 RS485接口連接器采用 DB9的 9芯插頭座，與智能終端 RS485接口采用 DB9（孔），與鍵盤連接的鍵盤接口 RS485采用 DB9（針）。但人們往往忽視了收發(fā)器有一定的共 模電壓范圍， RS485收發(fā)器共模電壓范圍為 7～ +12V，只有滿足上述條件，整個網(wǎng)絡(luò)才能正常工作。 (2)EMI(電磁兼容性 )問題：發(fā)送驅(qū)動器輸出信號中的共模部分需要一個返回通路，如沒有一個低阻的返回通道（信號地），信號中的共模部分就會以輻射的形式返回源端，整個總線就會像一個巨大的天線向外輻射電磁波。（ 2）通過 PCI多串口卡，可以直接選用輸出信號為 RS485類型的擴(kuò)展卡。 RS485采用平衡發(fā)送和差分接收，因此具有抑制共模干擾的能力。 市場上一般 RS485采用半雙工工作方式，任何時(shí)候只能有一點(diǎn)處于發(fā)送狀態(tài)，因此，發(fā)送電路須由使能信號加以控制。應(yīng)用 RS485 可以聯(lián)網(wǎng)構(gòu)成分布式系統(tǒng)，其允許最多并聯(lián) 32臺驅(qū)動器和 32臺接收器。 RS232使用 12V表示邏輯 1， 12V表示邏輯 0，全雙工，最少 3條通信線（ RX,TX,GND），因?yàn)槭褂媒^對電壓表示邏輯，由于干擾，導(dǎo)線電阻等原因，通訊距離不遠(yuǎn)，低速 時(shí)幾十米也是可以的。 RS485，在 RS422后推出，絕大部分繼承了 422，主要的差別是 RS485可以是半雙 工的，而且一個驅(qū)動器的 驅(qū)動能力 至少可以驅(qū)動 32個接收器（即接收器為 1/32單位負(fù)載），當(dāng)使用阻抗更高的接收器時(shí)可以驅(qū)動更多的接收器。 （ 1） 485通訊接口 一個對通訊 接口的硬件描述，它只需要兩根通訊線，既可以在兩個或兩個以上的設(shè)備之間進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。在某一個時(shí)刻，一個設(shè)備只能進(jìn)行發(fā)送數(shù)據(jù)或接收數(shù)據(jù)。 （ 3）通訊協(xié)議有統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)的協(xié)議格式，如“ ModBus”協(xié)議，標(biāo)準(zhǔn)的協(xié)議內(nèi)容全面，包含的內(nèi)容很多，但不易理解。 （ 4）包括 ModBus協(xié)議、自定 義協(xié)議。 原理圖如下圖所示： 控制終端電路設(shè)計(jì) 一般要校核轉(zhuǎn)向輪 單片機(jī)最小系統(tǒng)電路 一般要校核轉(zhuǎn)向輪 顯示電路 LCM（ LCD Module）即 LCD顯示模組，是指將液晶顯示器件、連接件、控制與驅(qū)動等外圍電路， PCB電路板，背光源，結(jié)構(gòu)件等裝配在一起的組件。 LCM是一種相對更高集成度的 LCD產(chǎn)品，對小尺寸 LCD顯示， LCM是一種省電的顯示裝置， LCM可以比較方便地與各種微控制器（比如單片機(jī)）連接，作為簡易的人機(jī)接口。它由中央處理器（ CPU）、存儲器（ ROM與 RAM）、輸入 /輸出單元 (I/O)三大基本部分構(gòu)成。 并且，只要在單片機(jī)的外圍適當(dāng)加一些必要的擴(kuò)展電路及通道接口，就可以構(gòu)成各種應(yīng)用系統(tǒng)，如工業(yè)控制系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、自動控制 系統(tǒng)、自動測試系統(tǒng)、檢測監(jiān)視系統(tǒng)、智能儀表、功能模塊等。 總之，該 LCM1602液晶顯示控制系統(tǒng)具有讀取方便、顯示直觀、功能多樣、電路簡潔、成本低廉等諸多優(yōu)點(diǎn)，符合電子儀器儀表的發(fā)展趨勢。它由 32 個字符點(diǎn)陣塊組成，每個字符點(diǎn)陣塊由5 7 或 5 10 個點(diǎn)陣組成，可以顯示 ASCII 碼表中的所有可視的字符。如果每個按鍵與單片機(jī)的一個引腳相連，就會占用 16個引腳，這樣會使的單片機(jī)的接口不夠用（即使夠用，也是對單片機(jī)端口的極大浪費(fèi)）。行列式非編碼鍵盤是一種把所有按鍵排列成行列矩陣的鍵盤。因此 4 4行列式非編碼鍵盤只需 4條行線和 4條列線，總共占用 8條 I/O端口線。 若沒有按鍵按下時(shí)，單片機(jī)從 P1口讀得的引腳電平為“ 1”；若某一按鍵被按下，則該鍵所對應(yīng)的端口線變?yōu)榈仉娖健?xXE、 0xXD、 0xXB、 0xX7(X表示任意一個十六進(jìn)制數(shù) )則分別表示鍵盤的第一列、第二列、第三列和第四列。 串口通信電路 電路圖如下圖所示：